JPS6351922A - Ceramic membrane structure and its manufacture - Google Patents

Ceramic membrane structure and its manufacture

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JPS6351922A
JPS6351922A JP19787086A JP19787086A JPS6351922A JP S6351922 A JPS6351922 A JP S6351922A JP 19787086 A JP19787086 A JP 19787086A JP 19787086 A JP19787086 A JP 19787086A JP S6351922 A JPS6351922 A JP S6351922A
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JP
Japan
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ceramic
hole
membrane structure
large number
ceramic membrane
Prior art date
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Application number
JP19787086A
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Japanese (ja)
Inventor
Fumio Abe
文夫 安部
Yasushi Fujita
藤田 恭
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NGK Insulators Ltd
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NGK Insulators Ltd
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Publication date
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prepare fluids of different formation at one port and the other port by providing a fluid inlet and an outlet at a blocking section of a port at one end of a ceramic honeycomb structure and also providing a ceramic film having continuous micropores around the inner circumference on the pore side. CONSTITUTION:Purge gas is introduced under pressure from a flow inlet 11a side of a case 11, and a first outlet 11b side is made to be a system open to atmosphere. By said arrangement, purge gas flows into an opening 21c from the lower end of each opening 21c provided on a ceramic film structure 20, and part of purge gas flowing out of a second outlet 11c of the case 11 through the upper end of the opening 21c, and gas fluid containing hydrogen gas of high concentration permeates each ceramic film 24 and an interstructure 21a passes through each fluid inlet and outlet pipes 23, and flows out of the first flow outlet 11b. The end opposing to the end with fluid inlet and outlet pipes 23 may be blocked.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセラミック膜構造体、特にクヌーセン拡散、表
面拡散によるガス分離用セラミック膜構造体、液中の微
小固体や溶解分子を濾過分離する液・面分離用セラミッ
ク構造体およびその製造法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a ceramic membrane structure, particularly a ceramic membrane structure for gas separation by Knudsen diffusion or surface diffusion, and a liquid for filtering and separating minute solids and dissolved molecules in a liquid. -Relating to a ceramic structure for surface separation and its manufacturing method.

〔従来技術〕[Prior art]

膜による分離法としては、精密濾過法、限外濾過法、ガ
ス分離法などが知られており、近年種々研究されている
。その−例として、刊行物化学装置第61頁〜第65頁
(1985年11月号:工業調査会発行)に示されてい
るように、セラミック製の多孔質管の外表面に微細孔を
有するシリカゲル薄膜、アルミナゲル薄膜を担持させた
構造体を用いて空気中の水分の分離除去、アルコールの
分離濃縮を行っている例がある。
As separation methods using membranes, microfiltration methods, ultrafiltration methods, gas separation methods, etc. are known, and various studies have been conducted in recent years. As an example, as shown in the publication Chemistry Devices, pages 61 to 65 (November 1985 issue: Kogyo Kenkyukai), a ceramic porous tube with micropores on its outer surface. There are examples of separating and removing moisture in the air and separating and concentrating alcohol using a structure supporting a silica gel thin film or an alumina gel thin film.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

ところで、上記刊行物にはかかる構造体を工業的規模で
利用する具体的手段が全く示されておらず、その具体的
手段の堤案が望まれる。本発明は従来公知のセラミック
ハニカム構造体に着目し、同構造体にガス成分のクヌー
セン拡散、表面拡散による分離機能、液中の微小固体や
熔解分子の濾過分離機能を付与することにより工業的に
有利なセラミック膜構造体を提供しようとするものであ
る。
By the way, the above-mentioned publications do not provide any concrete means for utilizing such structures on an industrial scale, and a proposal for such concrete means is desired. The present invention focuses on a conventionally known ceramic honeycomb structure, and provides the same structure with a separation function by Knudsen diffusion of gas components and surface diffusion, and a filtration separation function of minute solids and dissolved molecules in liquid, thereby making it possible to industrially improve the structure. It is an object of the present invention to provide an advantageous ceramic membrane structure.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の第1の発明は、多数の連続細孔を有する多孔質
隔壁にて区画され一端側が開口する多数の第1の孔と同
一端側が閉塞する多数の第2の孔とを互に並列的に備え
たセラミックハニカム構造体であり、当該構造体はいず
れかの孔の閉塞部に流体入出孔を有するとともに、前記
各隔壁のいずれかの孔側内周に平均孔径が100Å〜5
μmである多数の連続微細孔を有するセラミック薄膜を
備え、かつ前記第1の孔と第2の孔とは少くとも部分的
に共通の隔壁にて区隔されていることを特徴とするセラ
ミック膜構造体にある。
A first aspect of the present invention is to arrange a plurality of first pores that are open at one end and a plurality of second pores that are closed at the same end, which are partitioned by a porous partition wall having a large number of continuous pores, in parallel with each other. The structure is a ceramic honeycomb structure having fluid inlet and outlet holes in the closed portions of any of the pores, and has an average pore diameter of 100 Å to 5 Å on the inner periphery of each of the pores of each of the partition walls.
A ceramic membrane comprising a ceramic thin film having a large number of continuous fine pores of μm in size, the first pore and the second pore being at least partially separated by a common partition wall. in the structure.

また、本発明の第2の発明はかかるセラミック膜構造体
の製造法であり、当該製造法は多数の連続細孔を有する
多孔質隔壁にて区画された多数の貫通孔を互に並列的に
備えたセラミックハニカム構造体を基礎構造体とし、同
構造体の前記各貫通孔における所定の各貫通孔の少(と
も一端側を閉塞して少くとも部分的に共通の隔壁にて区
画された一端側が開口する多数の第1の孔と同一端側が
閉塞する多数の第2の孔とを形成し、平均孔径が100
Å〜5μmである多数の連続微細孔を有するセラミンク
薄膜の形成用スラリーをいずれかの孔の開口端から内部
に浸入させ、同孔の内壁に前記セラミック薄膜を形成す
ることを特徴とするものである。
Further, the second invention of the present invention is a method for manufacturing such a ceramic membrane structure, and the manufacturing method involves forming a large number of through holes partitioned by porous partition walls having a large number of continuous pores in parallel to each other. A ceramic honeycomb structure provided with a ceramic honeycomb structure is used as a basic structure, and a plurality of predetermined through holes in each of the through holes of the same structure (one end of which is closed at least on one end side and partitioned at least partially by a common partition wall) A large number of first pores are open on one side and a large number of second pores are closed on the same end side, and the average pore diameter is 100.
A slurry for forming a ceramic thin film having a large number of continuous fine pores of Å to 5 μm in size is infiltrated into the inside from the open end of any of the holes, and the ceramic thin film is formed on the inner wall of the hole. be.

本発明において、基礎構造体はセラミック原料の微粉に
有機バインダー、可塑剤を加えて混練してなる凋合物を
多数のスリットを備えたダイスから押出し、かつこれを
焼成してなるセラミックハニカム構造体であり、セラミ
ック原料としてはアルミナ、シリカ、ムライト、コージ
ェライト等が採用される。かかるセラミックハニカム構
造体は多数の連続細孔を有する多孔質隔壁にて区画され
た多数の貫通孔を互に並列的に備えており、貫通孔の断
面形状は三角形、四角形、その他の多角形、円形、楕円
形等適宜の形状を呈している。なお、多孔質隔壁の細孔
の平均孔径は好ましくは400μm以下である。
In the present invention, the basic structure is a ceramic honeycomb structure obtained by extruding a mixture obtained by adding an organic binder and a plasticizer to fine powder of a ceramic raw material and kneading it through a die equipped with many slits, and then firing it. Alumina, silica, mullite, cordierite, etc. are used as ceramic raw materials. Such a ceramic honeycomb structure is provided with a large number of through holes in parallel with each other, separated by porous partition walls having a large number of continuous pores, and the cross-sectional shape of the through holes may be triangular, quadrilateral, other polygons, It has an appropriate shape such as a circle or an ellipse. Note that the average pore diameter of the pores of the porous partition wall is preferably 400 μm or less.

本発明に係るセラミック膜構造体はかかるセラミックハ
ニカム構造体における各n通孔を第1の孔と第2の孔の
2 、Tffi 類に区分してなるもので、第1の孔は
少くともその一端側が開口されその他端側は開口または
閉塞されている。また、第2の孔は少くともその一端側
が閉塞されその他端側は閉塞または開口されている。第
1の孔と第2の孔とは少くとも部分的に共通の隔壁にて
区画されている。また、かかるセラミック膜構造体はい
ずれかの孔の閉塞部に流体入出孔を有するとともに、各
隔壁のいずれかの孔側内周に多数の連続微細孔を有する
セラミック]l’Aを備えている。セラミック薄膜は混
合ガス中の特定のガス成分を拡散分離しまたは液中の微
小固体や熔解分子を濾過分離する多数の連続微細孔を有
するもので、好ましくはアルミニウムアルコラートまた
はアルミニウムキレートを加水分解して得たアルミナゾ
ルにて形成され、その微細孔の平均孔径が100Å〜5
μmであり、かつ膜厚が5μm〜100μmであること
が好ましい。セラミック薄膜形成材料は、セラミックハ
ニカム構造体のいずれかの孔の開口から侵入されてその
内壁に付着され、適宜の処理例えばケイ酸塩水溶液に浸
漬、次いで高温水蒸気中での水草気処理に付されて薄膜
に形成される。なお、セラミックMH’Aはpvp、c
vp法によって付与してもよく、また、微小粉末を含む
スラリーを公知の方法にて塗布しても良い。
The ceramic membrane structure according to the present invention is formed by dividing each of the n through holes in the ceramic honeycomb structure into two types, ie, a first hole and a second hole. One end is open and the other end is open or closed. Further, at least one end of the second hole is closed, and the other end is closed or opened. The first hole and the second hole are at least partially separated by a common partition wall. In addition, such a ceramic membrane structure has a fluid inlet/outlet hole in the closed portion of any of the holes, and has a large number of continuous micropores on the inner periphery of each partition wall on either side of the hole. . Ceramic thin membranes have a large number of continuous micropores that diffuse and separate specific gas components in a mixed gas or filter and separate minute solids and dissolved molecules in a liquid, and are preferably made by hydrolyzing aluminum alcoholate or aluminum chelate. It is formed from the obtained alumina sol, and the average pore diameter of the micropores is 100 Å to 5.
It is preferable that the film thickness is 5 μm to 100 μm. The ceramic thin film-forming material is introduced into the ceramic honeycomb structure through the opening of any of the pores and attached to the inner wall thereof, and is subjected to appropriate treatment, such as immersion in an aqueous silicate solution, and then subjected to aquatic treatment in high-temperature steam. It is formed into a thin film. In addition, ceramic MH'A is pvp, c
It may be applied by the vp method, or a slurry containing fine powder may be applied by a known method.

〔発明の作用・効果〕[Action/effect of the invention]

かかる構成のセラミック膜構造体においては、複数のガ
スが混合する被処理ガス例えばH2Naガス、H2−C
Oガス、H,S −H,ガス等を第1または第2の孔の
開口端から例えば加圧下で供給するとともにいずれかの
孔の閉塞部の流体入出孔を例えば大気開放系にしまたは
吸引すれば、同被処理ガスの少くとも一部がセラミック
薄膜および隔壁を通過しようとする。この際、被処理ガ
ス中の各ガスのセラミック薄膜の微細孔内での透過速度
の差に起因して特定ガス例えばH2ガスが優先してセラ
ミック薄膜および隔壁を通過する。このため、第1の孔
と第2の孔からはガス組成が大きく相違する2種類の処
理ガスが流出する。また、各1(微生物を混在する微生
物反応による生成液を処理すればセラミック薄膜により
微生物の透過が規制されるため、同薄膜および隔壁を通
過した生成液は微生物を含まない清浄液となる。
In a ceramic membrane structure having such a configuration, a gas to be treated in which a plurality of gases are mixed, for example, H2Na gas, H2-C
O gas, H, S-H, gas, etc. are supplied from the open end of the first or second hole under pressure, and the fluid inlet/outlet of the closed part of either hole is made open to the atmosphere or sucked. For example, at least a portion of the gas to be treated tends to pass through the ceramic thin film and the partition wall. At this time, a specific gas, for example, H2 gas, passes through the ceramic thin film and the partition wall preferentially due to the difference in the permeation speed of each gas in the gas to be processed through the fine pores of the ceramic thin film. Therefore, two types of processing gases having greatly different gas compositions flow out from the first hole and the second hole. In addition, if a liquid produced by a microbial reaction containing microorganisms is treated, the permeation of microorganisms is regulated by a ceramic thin film, so the liquid produced after passing through the thin film and the partition becomes a clean liquid that does not contain microorganisms.

ところで、かかる構成のセラミック膜構造体においては
、セラミックハニカム構造体を基礎構造体として同構造
体の多数の隔壁に各種の分離機能を持たせたものである
から、分離機能を有する隔壁の単位容積当りの有効面積
が極めて高い。また、各隔壁は全て一体的に結合してい
るため、各隔壁を構成する多数の部材を一体化する手段
を要せずかつ強度的にも極めて高い。従って、かかるセ
ラミック膜構造体はガス分離用構造体、液・面濾過分離
用構造体として工業的に極めて有利である。
By the way, in the ceramic membrane structure having such a configuration, the ceramic honeycomb structure is used as the basic structure and the many partition walls of the same structure are provided with various separation functions, so the unit volume of the partition walls having the separation function is The effective area per hit is extremely high. Furthermore, since all of the partition walls are integrally connected, there is no need for means for integrating a large number of members constituting each partition wall, and the strength is extremely high. Therefore, such a ceramic membrane structure is industrially extremely advantageous as a gas separation structure or a liquid/surface filtration separation structure.

一方、かかるセラミック膜構造体はセラミックハニカム
構造体の作製、同構造体の貫通孔における所定の開口端
部の閉塞、所定の隔壁内周におけるセミツク薄膜の形成
という手段により製造されるため、特別に難しい手段を
用いることなく容易に製造することができる。
On the other hand, since such a ceramic membrane structure is manufactured by producing a ceramic honeycomb structure, closing a predetermined open end of a through hole of the structure, and forming a semi-ceramic thin film on the inner periphery of a predetermined partition wall, special care must be taken. It can be easily manufactured without using difficult means.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明するに、第
1図には本発明の第1実施例に係るセラミック膜構造体
を採用した水素ガス分離装面が示されている。当該装置
は本体ケースll内にセラミック膜構造体20を収容し
てなるもので、上下一対の支持部材12.13を介して
ケース11内に支持されている。ケース11は流入口1
1aと2つの流出口11b、11Cを備えていて、未処
理のガスが流入口11aを通して例えば加圧下(約5k
m/cot)で供給され、かつ第1流出口11b側を大
気開放側とすると、後述するごとく隔壁をへだでて生ず
る圧力差によって水素ガスを選択的にセラミック薄膜を
拡散するため同流出口11bから流出するとともに、水
素ガス濃度の低減した残りのガスが第2流出口11cか
ら流出する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a hydrogen gas separator surface employing a ceramic membrane structure according to a first embodiment of the present invention. The device includes a ceramic membrane structure 20 housed within a main body case 11, and is supported within the case 11 via a pair of upper and lower support members 12 and 13. Case 11 is inlet 1
1a and two outlets 11b and 11C, and the untreated gas passes through the inlet 11a under pressure (approximately 5 kg).
m/cot), and if the first outlet 11b side is open to the atmosphere, hydrogen gas is selectively diffused through the ceramic thin film by the pressure difference generated across the partition wall as described later. At the same time, the remaining gas with reduced hydrogen gas concentration flows out from the second outlet 11c.

しかして、セラミック膜構造体20は第2図および第3
図に示すように、多孔質隔壁にて区画された多数の貫通
孔を互に並列的に備えたセラミックハニカム構造体を基
礎構造体21とするもので、基礎構造体21(以下単に
構造体という)の各貫通孔は断面四角形を呈し、構造体
21の長手方向へ互に並列的に延びている。かかる構造
体21はセラミック原料の微粉例えばアルミナ、シリカ
、ムライト、コージェライト等に有機バインダー、可望
剤を加えて混練してなる調合物を通常のセラミック多孔
質の形成と同様の条件で押出し成形、焼成して得られる
もので、各貫通孔を区画する多数の隔壁21aは多数の
連続細孔を有する多孔質隔壁である。第4図にはかかる
隔壁21aと後述するセラミック薄膜24の断面を超拡
大した局部断面が示されているが、隔壁21aの細孔2
1bの平均孔径は好ましくは400μm以下である。
Thus, the ceramic membrane structure 20 is shown in FIGS.
As shown in the figure, the basic structure 21 is a ceramic honeycomb structure having a large number of through holes separated by porous partition walls in parallel. ) have a rectangular cross section and extend in parallel to each other in the longitudinal direction of the structure 21. This structure 21 is made by extruding a mixture obtained by kneading fine powder of a ceramic raw material such as alumina, silica, mullite, cordierite, etc. with an organic binder and a desensitizer under the same conditions as for forming a normal ceramic porous material. The large number of partition walls 21a that partition each through hole are porous partition walls having a large number of continuous pores. FIG. 4 shows a highly enlarged local cross section of the partition wall 21a and a ceramic thin film 24, which will be described later.
The average pore diameter of 1b is preferably 400 μm or less.

平均孔径がこれ以下であればセラミック薄膜の形成持重
膜内でのクランク、ピンホール等の発生が防止され、か
つ均一な膜厚の形成が可能になる。
If the average pore diameter is less than this, it is possible to prevent the occurrence of cranks, pinholes, etc. in the heavy membrane for forming a ceramic thin film, and to form a uniform film thickness.

なお、隔壁21aの厚みは任意であるが、強度上および
加工上111程度であることが好ましい。
Note that the thickness of the partition wall 21a is arbitrary, but from the viewpoint of strength and processing, it is preferably about 111 mm thick.

本実施例のセラミック膜構造体20においては、構造体
21における各貫通孔の両端を千鳥状に閉塞してなるも
ので、各貫通孔を多数の両端開口孔21Cと両端閉塞孔
21dとに区画している。これら両孔21C,21dは
本発明における第1゜第2の孔にそれぞれ相当するもの
で、閉塞孔21dの両端を閉塞している閉塞部材211
. 22bは隔壁21aと同様の材質でその外側に釉薬
を施してなり、気密的に密閉している。かかる閉塞部材
22aには同様の材質からなる流体入出パイプ23が植
設されている。互に隣合う開口孔21cと閉塞孔21d
とはそれらの一辺を共通の隔壁21aにて区画されてい
る。また、各開口孔21Cを構成する隔壁21aの内周
にセラミック薄膜24が形成されている。
In the ceramic membrane structure 20 of this embodiment, both ends of each through-hole in the structure 21 are closed in a staggered manner, and each through-hole is divided into a large number of both-end open holes 21C and both-end closed holes 21d. are doing. These holes 21C and 21d correspond to the first and second holes in the present invention, respectively, and the closing member 211 closes both ends of the closing hole 21d.
.. The partition wall 22b is made of the same material as the partition wall 21a and has a glaze applied to the outside thereof, and is airtightly sealed. A fluid inlet/output pipe 23 made of the same material is implanted in the closing member 22a. Open hole 21c and closed hole 21d adjacent to each other
are partitioned on one side by a common partition wall 21a. Further, a ceramic thin film 24 is formed on the inner periphery of the partition wall 21a that constitutes each opening hole 21C.

セラミック薄膜24はクヌーセン拡散により水素ガスを
拡散分離させる多数の連続微細孔24aを有するもので
、微細孔の平均孔径が100Å〜1000Aであるが、
精密濾過法および限外濾過法に用いる場合は、その処理
対象物質の大きさに対応して、5μmまでの平均孔径で
あれば良い。
The ceramic thin film 24 has a large number of continuous fine pores 24a that diffuse and separate hydrogen gas by Knudsen diffusion, and the average diameter of the fine pores is 100 Å to 1000 Å.
When used in microfiltration and ultrafiltration, the average pore diameter may be up to 5 μm, depending on the size of the substance to be treated.

セラミック薄膜24の平均孔径を5μm以下としたのは
、5μmを越えるとセラミック3膜24を流体が通過す
る抵抗が小さくなるため、隔壁21が不必要となりむし
ろ単層構造のほうが好ましくなる場合が生ずるからであ
る。また、セラミック薄膜24の膜厚は5μm〜100
μmであり、分離機能をもつ薄膜を薄くすることによっ
て、流体が通過する抵抗を低くし、流体の透過を容易に
する。本実施例においては、硫化水素分解反応、アンモ
ニア合成、メタノール合成等のパージガス中の水素の拡
散透過速度等を考慮して微細孔の平均孔径が100A、
膜厚が10μmに調製されている。かかるセラミック薄
膜24はアルミニウムイソプロポキシド、アルミニウム
ー2−ブチレート等のアルミニウムアルコラート、アル
ミニウムトリス(エチルアセトアセテート)、エチルア
セトアセテートアルミニウムジイソプロピレート等のア
ルミニウムキレートを加水分解して得たアルミナゾルを
用いて形成されるもので、同アルミナゾル中に構造体2
1を浸漬してこれを各開口孔21C内に導入し、隔壁2
1aの同開口孔21 C(,1111内周に担持させる
。その後、ケイ酸ナトリウム水溶液で処理しさらに高温
水茎気で処理することによリセラミソク薄膜24が形成
される。本実施例においては、水100gに対し5gの
アルミニウムイソプロポキシドを80〜90℃に保持し
た水中に添加し、アルミニウムイソプロポキシドを加水
分解した。これに、Q、5mj2の濃硝酸を加え、80
〜90℃に24時間保持し、解膠してアルミナゾルを得
た。このアルミナゾルに、構造体21を5分間浸漬した
l& l O0℃で乾燥し、SOO℃で3時間焼成した
The reason why the average pore diameter of the ceramic thin film 24 is set to 5 μm or less is because if it exceeds 5 μm, the resistance for fluid to pass through the ceramic 3 membrane 24 becomes small, so the partition wall 21 becomes unnecessary and a single layer structure may be preferable. It is from. Further, the thickness of the ceramic thin film 24 is 5 μm to 100 μm.
By making the thin film with a separation function thinner, the resistance to fluid passage is lowered, making it easier for fluid to pass through. In this example, the average pore diameter of the micropores was 100A, considering the diffusion permeation rate of hydrogen in purge gas for hydrogen sulfide decomposition reaction, ammonia synthesis, methanol synthesis, etc.
The film thickness is adjusted to 10 μm. The ceramic thin film 24 is made using an alumina sol obtained by hydrolyzing an aluminum alcoholate such as aluminum isopropoxide or aluminum-2-butyrate, or an aluminum chelate such as aluminum tris (ethyl acetoacetate) or ethyl acetoacetate aluminum diisopropylate. Structure 2 is formed in the same alumina sol.
1 is immersed and introduced into each opening hole 21C, and the partition wall 2
It is supported on the inner periphery of the same opening hole 21C (1111) of 1a. Thereafter, it is treated with a sodium silicate aqueous solution and further treated with high-temperature water vapor to form a thin film 24 of water. 5 g of aluminum isopropoxide per 100 g was added to water maintained at 80 to 90°C to hydrolyze the aluminum isopropoxide. To this, Q, 5 mj2 of concentrated nitric acid was added,
The mixture was kept at ~90°C for 24 hours and peptized to obtain an alumina sol. The structure 21 was immersed in this alumina sol for 5 minutes, dried at 0°C, and fired at SOO°C for 3 hours.

かかる構成のセラミック膜構造体20を採用した水素ガ
ス分離装置においては、ケース11の流入口112側か
ら前記したパージガスを加圧下にて所定の流速で供給し
、かつ第1流出口11b側を大気開放系とする。これに
より、供給されたパージガスはセラミック膜構造体20
における各開口孔21Cの下端から同開口孔21c内に
流入、その一部が同開口孔21Cの上端を通してケース
11の第2流出口11Cから流出し、高濃度の水素ガス
を含むガス流体が各セラミック薄膜24および隔壁21
aを透過し各流体入出パイプ23を通して第1流出口1
1bから流出する。第4図にはパージガスがセラミック
薄膜24および隔壁21aを透過する際の横型図が示さ
れており、同図に示すようにパージガスがセラミック薄
膜24を透過しようとすると、パージガス中の水素(白
丸)が微細孔24a内を優先して隔壁21a側へ移動し
て隔壁21aの細孔21bに達し、閉塞孔21d内に流
入する。これにより、第2流出口11cからは水素ガス
濃度の低いパージガスが流出しかつ第1流出口11bか
らは水素ガス濃度の高いパージガスが流出する。
In the hydrogen gas separation device that employs the ceramic membrane structure 20 having such a configuration, the purge gas described above is supplied under pressure at a predetermined flow rate from the inlet 112 side of the case 11, and the first outlet 11b side is connected to the atmosphere. It should be an open system. As a result, the supplied purge gas is transferred to the ceramic membrane structure 20.
A gas fluid containing high concentration hydrogen gas flows into each opening hole 21c from the lower end of each opening hole 21C, and a part of it flows out from the second outlet port 11C of the case 11 through the upper end of the opening hole 21C. Ceramic thin film 24 and partition wall 21
a and passes through each fluid input/output pipe 23 to the first outlet 1
It flows out from 1b. FIG. 4 shows a horizontal view when the purge gas passes through the ceramic thin film 24 and the partition wall 21a. The particles preferentially move inside the micropores 24a toward the partition wall 21a, reach the micropores 21b of the partition wall 21a, and flow into the closed holes 21d. As a result, purge gas with a low hydrogen gas concentration flows out from the second outlet 11c, and purge gas with a high hydrogen gas concentration flows out from the first outlet 11b.

ところで、本実施例のセラミック膜構造体20は従来公
知のセラミックハニカム構造体21を基礎構造体とする
もので、同構造体21の多数の隔壁21aにガスの拡散
分離機能を持たせたものである。従って、拡散骨m機能
を有する隔壁21aの構造体21単位容積当りの有効面
積が大きく、また各隔壁21aを構成する多数の部材を
一体化する手段を要せずかつ強度的にも極めて高(、工
業的に極めて有利である。
By the way, the ceramic membrane structure 20 of this embodiment has a conventionally known ceramic honeycomb structure 21 as its basic structure, and the numerous partition walls 21a of the structure 21 have a gas diffusion separation function. be. Therefore, the effective area per unit volume of the structure 21 of the partition wall 21a having the diffusion bone m function is large, and there is no need for a means to integrate a large number of members constituting each partition wall 21a, and the strength is extremely high ( , which is extremely advantageous industrially.

また、本実施例のセラミック膜構造体20においては、
セラミックハニカム構造体の通常の作製条件により押出
し成形し、例えば押し出し用の坏土と同一素地にて同構
造体21における各貰通孔の所定の両端開口部を閉塞し
、流体入出孔23を植設しその后焼成して構造体21を
作製する。または、押出し成形、焼成して構造体21を
作製し、次いで同構造体21における所定の両端開口部
を閉塞しても良い。従って、かかる製造法によれば特別
に難しい手段、煩雑な手段を用いることがないため、セ
ラミック膜構造体20を容易に製造することができる。
Furthermore, in the ceramic membrane structure 20 of this example,
Extrusion molding is performed under normal manufacturing conditions for ceramic honeycomb structures, and predetermined openings at both ends of each through hole in the structure 21 are closed using the same material as the clay for extrusion, and fluid inlet and outlet holes 23 are implanted. The structure 21 is fabricated by setting and then firing. Alternatively, the structure 21 may be produced by extrusion molding and firing, and then predetermined openings at both ends of the structure 21 may be closed. Therefore, according to this manufacturing method, the ceramic membrane structure 20 can be easily manufactured since no particularly difficult or complicated means are used.

第5図および第6図には本発明の第2実施例に係るセラ
ミックlji tl造体30の一部が示されている。当
該セラミ7り膜構造体30においても、第1実施例の基
礎構造体21と同様のセラミックハニカム構造体を基礎
構造体31とするもので、第1実施例のセラミック膜構
造体20との相違点は下記の点にある。すなわち、当該
セラミック膜構造体30においては、第1実施例のセラ
ミック膜構造体20の閉塞孔21dに対応する第2の孔
31dは一端のみが閉塞部材32aにて閉塞されている
のみで、これに応じて開口孔21Cに対応する第1の孔
31cにおいては一端が開口しかつ他端が閉塞部材32
bにて閉塞されている。なお、かかるセラミック膜構造
体30においては、第1の孔31cを構成する隔壁31
a内周にセラE −/りilj!34を備え、かつ第2
の孔31dの一端を閉塞する閉塞部材32aに流体入出
パイプ33が植設されていて、第2の孔31dの他端側
からパージガスを供給するとともに、第2の流出口11
Cから吸引し、第1の孔31cを真空下に保持する。こ
れにより、パージガス中の水素ガスは隔壁31aおよび
セラミック薄膜34によって選択的に透過して、第1の
孔31Cをとおって流出口11cから流出し、かつ水素
ガス濃度が低下したパージガスが第2の孔31dの他端
側から得られる。
5 and 6 show a portion of a ceramic ljitl structure 30 according to a second embodiment of the invention. In the ceramic membrane structure 30 as well, the basic structure 31 is a ceramic honeycomb structure similar to the basic structure 21 of the first embodiment, and there are differences from the ceramic membrane structure 20 of the first embodiment. The points are below. That is, in the ceramic membrane structure 30, only one end of the second hole 31d corresponding to the closing hole 21d of the ceramic membrane structure 20 of the first embodiment is closed with the closing member 32a; In the first hole 31c corresponding to the opening hole 21C, one end is open and the other end is closed to the closing member 32.
It is closed at b. In addition, in this ceramic membrane structure 30, the partition wall 31 constituting the first hole 31c
Sera E -/riilj on the inner circumference of a! 34, and a second
A fluid inlet/output pipe 33 is installed in a closing member 32a that closes one end of the second hole 31d, and supplies purge gas from the other end of the second hole 31d.
C, and the first hole 31c is kept under vacuum. As a result, hydrogen gas in the purge gas selectively permeates through the partition wall 31a and the ceramic thin film 34 and flows out from the outlet 11c through the first hole 31C, and the purge gas with reduced hydrogen gas concentration passes through the second hole 31C. It is obtained from the other end side of the hole 31d.

また、第1の孔31cの内側にあるセラミック薄膜34
が第2の孔31dの内側にあっても同様の効果が期待で
きる。さらに、パージガスを第2の流出口11cを利用
し第1の孔31c内に充填させ、セラミック薄膜34と
隔壁31aを選択的に拡散してくる水素ガスを第2の孔
31dより回収してもよい。
Moreover, the ceramic thin film 34 inside the first hole 31c
Similar effects can be expected even if the hole is located inside the second hole 31d. Furthermore, the purge gas may be filled into the first hole 31c using the second outlet 11c, and the hydrogen gas selectively diffused through the ceramic thin film 34 and the partition wall 31a may be recovered from the second hole 31d. good.

なお、上記した第1実施例のセラミック膜構造体20に
おいては、閉塞孔21dの一端側の閉塞部材22aにの
み流体入出パイプ23を植設しているが、同閉塞孔21
dの他端側の閉塞部材22bにもこれと同様の流体入出
パイプを植設し、開口孔21Cを流通するパージガスを
大気開放系の閉塞孔21dの両端側から流出させるよう
にしてもよい。
In the ceramic membrane structure 20 of the first embodiment described above, the fluid inlet/output pipe 23 is installed only in the closing member 22a at one end of the closing hole 21d.
A similar fluid inlet/output pipe may be installed in the closing member 22b at the other end of d, so that the purge gas flowing through the opening hole 21C flows out from both ends of the closing hole 21d which is open to the atmosphere.

また、上記した第1.第2実施例のセラミック膜構造体
20.30においては、各閉塞部材22a、22b、3
2a、32bに気密的に閉塞する機能を持たせているが
、各閉塞部材として隔壁21a、31a、または隔壁2
1a、31aおよびセラミック薄膜24.34一体の材
料を採用して通気性を持たせてもよい。これらの場合に
は、各閉塞部材を通して孔内ガスを直接吸引することが
でき、流体入出パイプ23.33の採用を省略すること
ができ、また閉塞部材、流体入出孔における成分Mi能
をも期待できる。
In addition, the above-mentioned 1. In the ceramic membrane structure 20.30 of the second embodiment, each of the closing members 22a, 22b, 3
2a and 32b have the function of airtightly closing, but the partition walls 21a and 31a or the partition wall 2 serve as each closing member.
1a, 31a and the ceramic thin film 24, 34 may be made of an integral material to provide air permeability. In these cases, the gas in the hole can be directly sucked through each closing member, and the use of fluid inlet/output pipes 23 and 33 can be omitted, and the ability of component Mi in the closing member and the fluid inlet/outlet can also be expected. can.

さらに、上記した第2実施例のセラミック膜構造体30
においては各隔壁31aの第1の孔31C側内周にセラ
ミック薄膜34を形成しているが、同薄膜34を各隔壁
31aの第2の孔31d側内周に形成してもよい。
Furthermore, the ceramic membrane structure 30 of the second embodiment described above
Although the ceramic thin film 34 is formed on the inner periphery of each partition 31a on the first hole 31C side, the same thin film 34 may be formed on the inner periphery of each partition 31a on the second hole 31d side.

さらにまた、上記実施例においてはパージガス中の水素
ガスを拡散分離するためのセラミック膜構造体20.3
0の例について示したが、これら各構造体20.30に
おけるセラミック薄膜24゜34の微細孔の平均孔径を
適切に設定することにより、各種混合ガス中の特定のガ
スをクヌーセン拡散、表面拡散等にて分離する拡散分離
用セラミック膜構造体として、また各種溶液中の微生物
、タンパク質、その他の微小固体を濾過する液・面濾過
分離用セラミック膜構造体とすることができる。
Furthermore, in the above embodiment, a ceramic membrane structure 20.3 for diffusing and separating hydrogen gas in the purge gas is used.
By appropriately setting the average pore diameter of the ceramic thin films 24 and 34 in each of these structures 20 and 30, specific gases in various mixed gases can be controlled by Knudsen diffusion, surface diffusion, etc. It can be used as a ceramic membrane structure for diffusion separation to separate in water, or as a ceramic membrane structure for liquid/surface filtration separation to filter microorganisms, proteins, and other minute solids in various solutions.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1実施例に係るセラミック膜構造体
を採用した水素ガス分離装置の概略構成図、第2図は同
膜構造体の拡大部分斜視図、第3図は第2図の縦断面図
、第4図は同構造体における隔壁部分の超広大断面図、
第5図は本発明の第2実施例に係るセラミック膜構造体
の第2図に対応する斜視図、第6図は同膜構造体の第3
図に対応する断面図である。 符号の説明 20.30・・・セラミック膜構造体、21.31・・
・基礎構造体、21a、31a・・・隔壁、21b・・
・細孔、21c、31c・・・第1の孔、21d、31
d・・・第2の孔、24.34・・・セラミック薄膜、
24a・・・微細孔。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hydrogen gas separation device employing a ceramic membrane structure according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged perspective view of the same membrane structure, and FIG. Fig. 4 is an ultra-wide sectional view of the partition wall in the same structure;
5 is a perspective view corresponding to FIG. 2 of a ceramic membrane structure according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a perspective view of a ceramic membrane structure according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view corresponding to the figure. Explanation of symbols 20.30...Ceramic membrane structure, 21.31...
・Foundation structure, 21a, 31a... partition wall, 21b...
- Pore, 21c, 31c...first pore, 21d, 31
d...Second hole, 24.34...Ceramic thin film,
24a... Micropore.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)多数の連続細孔を有する多孔質隔壁にて区画され
一端側が開口する多数の第1の孔と同一端側が閉塞する
多数の第2の孔とを互いに並列的に備えたセラミックハ
ニカム構造体であり、当該構造体はいずれかの孔の閉塞
部に流体入出孔を有するとともに、前記各隔壁のいずれ
かの孔側内周に平均孔径が100Å〜5μmである多数
の連続微細孔を有するセラミック薄膜を備え、かつ前記
第1の孔と第2の孔とは少くとも部分的に共通の隔壁に
て区隔されていることを特徴とするセラミック膜構造体
(1) Ceramic honeycomb structure comprising a large number of first pores that are open at one end and a large number of second pores that are closed at the same end and that are partitioned by a porous partition wall having a large number of continuous pores in parallel with each other. The structure has a fluid inlet/outlet hole in the closed part of any of the holes, and has a large number of continuous fine pores with an average pore diameter of 100 Å to 5 μm on the inner periphery of each of the partition walls on the hole side. A ceramic membrane structure comprising a ceramic thin film, wherein the first hole and the second hole are at least partially separated by a common partition wall.
(2)前記第1の孔の他端側が開口しているとともに、
前記第2の孔の他端側が閉塞している特許請求の範囲第
1項に記載のセラミック膜構造体。
(2) the other end side of the first hole is open, and
The ceramic membrane structure according to claim 1, wherein the other end of the second hole is closed.
(3)前記第1の孔の他端側が閉塞しているとともに、
前記第2の孔の他端側が開口している特許請求の範囲第
1項に記載のセラミック膜構造体。
(3) the other end side of the first hole is closed;
The ceramic membrane structure according to claim 1, wherein the other end of the second hole is open.
(4)前記セラミック薄膜の膜厚が5μm〜100μm
である特許請求の範囲第1項、第2項または第3項に記
載のセラミック膜構造体。
(4) The thickness of the ceramic thin film is 5 μm to 100 μm
A ceramic membrane structure according to claim 1, 2 or 3.
(5)前記隔壁の細孔の平均孔径が400μm以下であ
る特許請求の範囲第1項、第2項、第3項または第4項
に記載のセラミック膜構造体。
(5) The ceramic membrane structure according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein the average pore diameter of the pores of the partition wall is 400 μm or less.
(6)前記閉塞部が前記隔壁またはセラミック薄膜と同
一の多孔質材料にて形成されている特許請求の範囲第1
項、第2項、第3項、第4項または第5項に記載のセラ
ミック膜構造体。
(6) Claim 1, wherein the closing portion is formed of the same porous material as the partition wall or the ceramic thin film.
The ceramic membrane structure according to item 2, item 3, item 4, or item 5.
(7)前記閉塞部が非多孔質の気密性材料にて形成され
かつ同閉塞部に流体入出パイプが植設されている特許請
求の範囲第1項、第2項、第3項、第4項または第5項
に記載のセラミック膜構造体。
(7) Claims 1, 2, 3, and 4, wherein the closing portion is formed of a non-porous airtight material, and a fluid inlet/output pipe is implanted in the closing portion. The ceramic membrane structure according to item 1 or 5.
(8)多数の連続細孔を有する多孔質隔壁にて区画され
た多数の貫通孔を互に並列的に備えたセラミックハニカ
ム構造体を基礎構造体とし、同構造体の前記各貫通孔に
おける所定の各貫通孔の少くとも一端側を閉塞して少く
とも部分的に共通の隔壁にて区画された一端側が開口す
る多数の第1の孔と同一端側が閉塞する多数の第2の孔
とを形成し、平均孔径が100Å〜5μmである多数の
連続微細孔を有するセラミック薄膜の形成用スラリーを
いずれかの孔の開口端から内部に侵入させ、同孔の内壁
に前記セラミック薄膜を形成することを特徴とするセラ
ミック膜構造体の製造法。
(8) A ceramic honeycomb structure having a large number of through holes in parallel with each other separated by porous partition walls having a large number of continuous pores is used as a basic structure, and a predetermined area in each of the through holes of the structure is provided. At least one end side of each of the through holes is closed, and a large number of first holes with one end side open and a large number of second holes with the same end side closed are partitioned at least partially by a common partition wall. A slurry for forming a ceramic thin film having a large number of continuous fine pores with an average pore diameter of 100 Å to 5 μm is introduced into the inside from the open end of any of the pores, and the ceramic thin film is formed on the inner wall of the pore. A method for manufacturing a ceramic membrane structure characterized by:
(9)前記スラリーがアルミニウムアルコラートまたは
アルミニウムキレートを加水分解して得たアルミナゾル
である特許請求の範囲第8項に記載のセラミック膜構造
体の製造法。
(9) The method for producing a ceramic membrane structure according to claim 8, wherein the slurry is an alumina sol obtained by hydrolyzing aluminum alcoholate or aluminum chelate.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012056668A1 (en) * 2010-10-29 2012-05-03 株式会社日立製作所 Reverse osmosis membrane structure for water treatment and reverse osmosis membrane module

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